周水祥

(1.湖南有色冶金劳动保护研究院有限责任公司，湖南 长沙 410014；2.非煤矿山通风防尘湖南省重点实验室，湖南 长沙 410014)

矿井通风系统是矿山生产的重要组成部分，主要任务是通过不断向井下各作业点供给足够的新鲜空气，稀释和排除各种有毒有害气体、粉尘等危害因素，调节作业环境条件，保障矿山作业人员的安全和健康，提高劳动生产效率[1]。但矿山生产是一个动态过程，随着矿山作业向深部延伸，矿井中段越来越多[2]、通风网络越来越复杂、井巷阻力越来越大，作业面风速风量不足，仅靠增加风机无法从根本上解决问题。本文以湖南某萤石矿为例，为改善井下作业环境，对通风系统进行了优化与实践[3]。

1 矿山通风系统现状及问题

1.1 矿山概况

湖南某萤石矿生产规模为6 万t/a，采用地下开采，开采深度为+200～-300 m 标高，开采矿种为萤石矿，采矿方法为浅孔留矿法。矿井采用竖井+斜井开拓，竖井（井口标高+151 m）位于矿体下盘中央部位，井筒净直径为4.5 m，采用浇筑砼支护，为罐笼井，担负矿井矿石、废石、材料和进风、排水、行人、管道敷设等功能。风井为801 斜井（井口标高+171 m），位于竖井西部，布置在矿体下盘，斜井倾角为28°，落底标高为+20 m，井筒断面为三心拱，断面面积为3.6 m2，担负矿井回风任务，并作为矿井的应急安全出口。

矿井已开采多年，共划分为8 个中段，均布置有脉外运输平巷。目前-175 m 及以上中段的矿体已开采结束，主要生产中段为为-215 m 中段、-255 m中段、-295 m 中段。根据矿山规划，扩界手续完成后将新建-335 m 中段、-375 m 中段。

1.2 矿山通风系统现状

矿山现采用中央并列式多级机站抽出式通风。

目前矿井作业面主要集中在-215 m 中段（六中段）、-255 m 中段（七中段）、-295 m 中段（八中段）。一级站在-215 m 中段（六中段）东西两翼各安装有1 台功率为11 kW 主要通风机。二级站在-175 m 中段（五中段）东西两翼各安装有1 台功率为30 kW 的主要通风机。三级站在-175～-100 m盲斜井上部车场内安装有1 台功率为30 kW 的主要通风机。四级站在801 斜井井口安装有1 台功率为55 kW 的主要通风机。前述主要通风机共计6 台，装机功率共计167 kW。

通过现场实测，竖井总进风量为23.89 m3/s：其中矿井八中段进风量为11.04 m3/s，七中段进风量为10.21 m3/s，六中段进风量为2.64 m3/s。801 斜井总回风量为25.36 m3/s。

1.3 矿山通风系统存在的问题

矿山通风系统已经过多次改造，但是仍然存在很多问题。

（1）矿井采用多级机站抽出式通风，运转管理非常复杂，局部阻力大，稳定性差，导致一些巷道内无风或为循环风。因小型矿山技术能力有限，多级机站通风无法实现微机集中控制，无法实现同反风，不利于矿井发生灾害时的反风。

（2）井下风量不足。根据采场、掘进、硐室需风量计算，需风量为38.50 m3/s，而矿井现在的总进风量为23.89 m3/s，不能满足安全生产的要求。

（3）801 斜井底部+20 m 标高回风巷垮塌，-20～+20 m 盲斜井下部回风口被风机堵住，增大了通风阻力；801 斜井地面安全出口设置不严密，漏风严重，导致地面主通风机抽风效果差。

（4）-60 m 中段至-20 m 中段东翼通风天井风流反向，形成循环风。

（5）生产作业中段有效风量低，循环风量大。如矿井西翼3 个中段总入风只有10 m3/s，有效进风不到50%。

（6）随着矿山实施下一步规划，矿井水平延深，通风线路进一步加长，引起通风阻力加大；同时随开采深度加大，井下温度升高，为降低作业地点温度，同样需提供更大的风量。

2 通风系统优化

2.1 通风系统优化方案

根据通风系统存在的问题，在充分利用现有井巷工程和设施情况下，决定继续采用中央并列机械抽出式通风方式。优化后的矿井通风系统见图1。本次通风系统优化方案的主要内容如下。

图1 矿井通风系统

（1）采用在地面建立单一主通风机通风系统，在801 斜井井口安装1 台主通风机。可实现主扇集中控制，运转管理简单[4]，稳定可靠，有效避免多级机站通风导致的巷道循环风，在矿井发生灾害时可有效控制矿井实现反风。

（2）维修完善风井侧的安全出口。在801 斜井地面安全出口处增加一道风门，在风门四周安装密封胶皮。

（3）对801 斜井井底垮塌的废石进行清理，扩大过风断面。

（4）拆除原有井下回风巷道中的主要通风机，减少矿井阻力。

（5）恢复-215 m 中段至-175 m 中段东翼通风天井。

（6）对井下采空区进行封闭，对原有的密闭墙进行砂浆抹面，防止漏风。

2.2 通风风量及阻力计算

根据最大下井人数需风量、爆破后排除炮烟风量、排尘风速风量分别计算需风量再取大值。矿井风量分配及矿井漏风计算见表1。

表1 矿井风量分配及矿井漏风计算

矿井阻力计算时，通风困难时期按生产中段延伸至-375 m 标高计算，再将自然风压、局部阻力计入后，可知通风容易时期阻力为973.74 Pa；通风困难时期阻力为1320.08 Pa。

2.3 主通风机选型

主通风机漏风系数取1.2，通风机所需全压按前述阻力再计入设备阻力、设备出口动压[5]。根据计算，所需通风机的风量为46.2 m3/s，通风容易时期的通风阻力为1230.70 Pa；通风困难时期的通风阻力为1577.24 Pa。

根据上述计算出的风量和阻力，选择对旋轴流通风机1 台及1 台电动机，另配1 台电动机作备用。主风机的特性曲线见图2，其运行工况见表2。

图2 主通风机特性曲线（静压）

表2 主通风机运行工况

3 通风系统优化效果

该矿通风系统优化改造完工后，对优化后的效果进行了测定分析。

3.1 主要通风机运行情况

在测定期间，801 斜井的主要通风机运行正常，性能稳定，可根据井下实际需风量进行调频运行。主要通风机实际运行参数见表3。

表3 主风机实际运行参数

3.2 矿井通风系统运行情况

在矿井主要通风机运行期间，矿井通风系统风流稳定，控风设施运行基本可靠，井下供风风量分布情况见表4。

表4 矿井各地点风量分布情况

通风系统优化改造后，竖井总进风量提高了73.5%；六中段进风量提高了284%；七中段进风量提高了39.6%；八中段进风量提高了23.4%；801斜井总回风量提高了70.9%。前述测定结果表明，该萤石矿通风系统优化改造后其主要通风机运行参数、井下主要生产巷道及中段的风量均达到了预计优化效果。

4 结论

（1）该萤石矿通风系统优化改造后，其风量、风速等可以满足矿井通风要求，有效控制了矿井漏风和循环风。

（2）该萤石矿通过优化改造，主风机的装机功率由167 kW 减少至150 kW，而且可采用变频调节，当前实际运行功率仅118.5 kW，大大减少了运营管理成本和运营费用。

（3）通过本次优化改造，将原多级机站抽出式通风系统改为地面单一通风机的通风系统，并可以实现矿井反风，矿井发生火灾时能得到有效控制，保证了人员生命安全。